一种带CAN通讯的三相电子式电能表的制作方法

本实用新型涉及电能表技术领域，具体涉及一种带CAN通讯的三相电子式电能表。

背景技术：

随着人们生活水平的提高,电网结构更加复杂,电网负荷也更加严重,传统的人工对电量采集和计费已经不能满足电力发展的需要,急切需要电力系统的现代化管理来打破传统方式的局限性。因此,实现电能表与外部设备的通讯连接,运用先进的计算机通信技术对用户实施电能消费情况的远程监控,及时的进行电量采集和相关数据的传输处理,对现有电能表设计至关重要。

由于485通讯单点通讯成本低，因此485通讯方式在用电信息采集系统中占的比例较大，因此现有电能表通常采用485通讯电路实现电能表与外部设备的通讯，但是485通讯电路的通讯距离短、总线利用率低，网络调试复杂，后期维护成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种带CAN通讯的三相电子式电能表，以解决现有技术中485通讯电路的通讯距离短、总线利用率低，网络调试复杂，后期维护成本高的技术问题。

本实用新型提出的技术方案如下：

本实用新型提出了一种带CAN通讯的三相电子式电能表，该电能表包括：控制芯片；CAN收发电路；CAN控制器，连接所述CAN收发电路及控制芯片，控制所述CAN收发电路接收外部设备的二进制信号，将所述二进制信号转换为差分信号发送给所述CAN控制器，所述CAN控制器将所述差分信号发送给所述控制芯片。

进一步地，所述CAN收发电路包括：收发器、接收电路、发送电路及保护电路，所述接收电路连接所述收发器，所述接收电路接收外部设备的二进制信号发送给所述收发器；所述收发器连接所述发送电路，所述收发器接收所述二进制信号，将所述二进制信号转换为差分信号发送给所述发送电路；所述发送电路连接所述CAN控制器，将所述差分信号发送给所述CAN控制器；所述保护电路连接所述收发器，对所述收发器进行过流保护。

进一步地，所述接收电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第一光耦、第一电源及第三电阻，所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的一端、所述第二电阻的一端及所述第一光耦的第六引脚，所述第一电阻的另一端连接所述第一光耦的第七引脚和第八引脚、第一电容的一端及第一电源，所述第二电阻的另一端连接所述第一光耦的第五引脚、第一电容的另一端并接地，所述第一光耦的第二引脚连接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述收发器的第三引脚，所述第一光耦的第三引脚连接所述收发器的第四引脚。

进一步地，所述发送电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第二光耦、第二电源及三极管，所述第五电阻的一端连接所述发送电路的发送端，所述第五电阻的另一端连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极接地，所述三极管的发射极连接所述第二光耦的第三引脚，所述第六电阻的一端连接所述第二电源，所述第六电阻的另一端连接所述第二光耦的第二引脚，所述第二光耦的第七引脚和第八引脚连接所述第七电阻的一端、所述第二电容的一端及所述收发器的第三引脚，所述第七电阻的另一端连接所述第二光耦的第六引脚及所述收发器的第一引脚，所述第二电容的另一端连接所述第二光耦的第五引脚及所述收发器的第二引脚。

进一步地，所述保护电路包括：第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管、第三电容、第八电阻第九电阻及第十电阻，所述第一瞬态抑制二极管的一端连接所述收发器的第七引脚，所述第一瞬态抑制二极管的另一端连接所述第三电容的一端、所述第二瞬态抑制二极管的一端及所述收发器的第八引脚，所述第三电容的另一端连接所述第八电阻的一端及第九电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接所述第十电阻的一端及所述收发器的第七引脚，所述第九电阻的另一端连接所述第十电阻的另一端、第二瞬态抑制二极管的另一端及所述收发器的第六引脚。

进一步地，所述带CAN通讯的三相电子式电能表还包括：485通讯模块电路，所述485通讯模块电路与外部设备通信，获取外部设备信息，并将所述外部设备信息发送至所述控制芯片。

本实用新型提出的技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供的一种带CAN通讯的三相电子式电能表，通过在电能表中设计CAN控制器和CAN收发电路，由于CAN是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲而马上发送，省去了主机的询问，提高了总线利用率，增强了快速性。同时，CAN的通讯距离在10千米，网络调试容易，后期维护成本低，解决现有技术中485通讯电路的通讯距离短、总线利用率低，网络调试复杂，后期维护成本高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的一种带CAN通讯的三相电子式电能表的结构框图；

图2是根据本实用新型另一实施例的一种带CAN通讯的三相电子式电能表的结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的一种带CAN通讯的三相电子式电能表的结构原理图；

图4是根据本实用新型另一实施例的一种带CAN通讯的三相电子式电能表的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种带CAN通讯的三相电子式电能表，如图1所示，该电能表包括：控制芯片1；CAN收发电路2；CAN控制器3，连接CAN收发电路2及控制芯片1，控制CAN收发电路2接收外部设备的二进制信号，将二进制信号转换为差分信号发送给CAN控制器3，CAN控制器3将差分信号发送给控制芯片1。

本实用新型实施例提供的带CAN通讯的三相电子式电能表，通过在电能表中设计CAN控制器3和CAN收发电路2，由于CAN是多主从结构，每个节点都有CAN控制器3，多个节点发送时，根据发送的节点的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲马上发送，省去了主机的询问，提高了总线利用率，增强了快速性。同时，CAN的通讯距离在10千米，网络调试容易，后期维护成本低，解决现有技术中485通讯电路的通讯距离短、总线利用率低，网络调试复杂，后期维护成本高的技术问题。

具体地，控制芯片1可以采用HT6027，HT6027是多功能、高性能、低功耗智能电表专用256K的微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)芯片，内部集成了Cortex-M0型号处理器、LCD驱动模块、Uart串口通讯、集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，IIC)模块、串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)模块以及MCU资源，其主要完成电表控制软件的运行，并与外部设备和其他器件进行通讯和数据交换。控制芯片也可以采用其他型号的芯片，本实用新型对此不做限定。

CAN控制器3可以采用MCP2515，该型号的控制器是一款独立控制器局域网络CAN协议控制器，完全支持CAN V2.0B技术规范。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。此外，CAN控制器3还具有处理所有CAN总线上的报文接收和发送的功能。报文发送时，首先将报文装载到正确的报文缓冲器和控制寄存器中。通过SPI接口设置控制寄存器中的相应位或使用发送使能引脚均可启动发送操作。通过读取相应的寄存器可以检查通讯状态和错误。会对在CAN总线上检测到的任何报文进行错误检查，然后与用户定义的滤波器进行匹配，以确定是否将报文移到两个接收缓冲器中。CAN控制器3也可以采用其他型号的控制器，本实用新型对此不做限定。

CAN控制器3控制CAN收发电路2与外部设备通信时，可以获得外部设备的电量、电流及电压等二进制信号，CAN收发电路2可以将这些二进制信号转换为差分信号发送给CAN控制器3，CAN控制器3将差分信号发送给控制芯片1，控制芯片1接收差分信号，提取差分信号中外部设备的电量、电流及电压等信息，并根据提取的信息判断外部设备的功率及最大用电量，此外，控制芯片1还可以通过CAN控制器3以及CAN收发电路接收远方控制指令实现负荷控制等功能。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图2所示，CAN收发电路2包括：收发器21、接收电路22、发送电路23及保护电路24，接收电路22连接收发器21，接收电路22接收外部设备的二进制信号发送给收发器21；收发器21连接发送电路23，收发器21接收二进制信号，将二进制信号转换为差分信号发送给发送电路23；发送电路23连接CAN控制器3，将差分信号发送给CAN控制器3；保护电路24连接收发器21，对收发器21进行过流保护。

具体地，收发器21可以采用TJA1050，TJA1050完全符合ISO11898标准，通讯速率最高达1Mbit/s。收发器21也可以采用其他型号的收发器，本实用新型对此不做限定。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，接收电路22包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一光耦U1、第一电源V5V及第三电阻R3，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端、第二电阻R2的一端及第一光耦U1的第六引脚，第一电阻R1的另一端连接第一光耦U1的第七引脚和第八引脚、第一电容C1的一端及第一电源V5V，第二电阻R2的另一端连接第一光耦U1的第五引脚、第一电容C1的另一端并接地，第一光耦U1的第二引脚连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接收发器21的第三引脚，第一光耦U1的第三引脚连接收发器21的第四引脚。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，发送电路23包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2、第二光耦U2、第二电源V3P3V及三极管Q1，第五电阻R5的一端连接发送电路23的发送端，第五电阻R5的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的发射极连接第二光耦U2的第三引脚，第六电阻R6的一端连接第二电源V3P3V，第六电阻R6的另一端连接第二光耦U2的第二引脚，第二光耦U2的第七引脚和第八引脚连接第七电阻R7的一端、第二电容C2的一端及收发器21的第三引脚，第七电阻R7的另一端连接第二光耦U2的第六引脚及收发器21的第一引脚，第二电容C2的另一端连接第二光耦U2的第五引脚及收发器21的第二引脚。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，保护电路24包括：第一瞬态抑制二极管D1、第二瞬态抑制二极管D2、第三电容C3、第八电阻R8、第九电阻R9及第十电阻R10，第一瞬态抑制二极管D1的一端连接收发器21的第七引脚CANH，第一瞬态抑制二极管D1的另一端连接第三电容C3的一端、第二瞬态抑制二极管D2的一端及收发器21的第八引脚，第三电容C3的另一端连接第八电阻R8的一端及第九电阻R9的一端，第八电阻R8的另一端连接第十电阻R10的一端及收发器21的第七引脚CANH，第九电阻R9的另一端连接第十电阻R10的另一端、第二瞬态抑制二极管D2的另一端及收发器21的第六引脚CANL。

具体地，接收电路22中设置高速光耦U1,发送电路23中设置高速光耦U2，两个高速光耦的设计实现了CAN总线各节点的电气隔离，高速光耦可以是6N137型号，也可以是其他型号，本申请对此不做限定。在收发器21的第七引脚CANH和第六引脚CANL之间并联第八电阻R8和第九电阻R9，用于滤除总线上干扰，同时在第七引脚CANH和第六引脚CANL之间连接第十电阻R10可以使电路稳定。此外，保护电路24中第一瞬态抑制二极管D1和第二瞬态二极管D2可以起到发生瞬变干扰时的保护作用。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，该带CAN通讯的三相电子式电能表还包括：485通讯模块电路4，485通讯模块电路4与外部设备通信，获取外部设备信息，并将外部设备信息发送至控制芯片。具体地，485通讯模块电路4用于电表与外部的数据通讯与交互，支持MODBUS-RTU和DL/T645-2007通信协议(可切换)。

本实用新型提供的带CAN通讯的三相电子式电能表采用CAN控制器与CAN收发电路与外部设备进行通信，提高了总线利用率，增强了快速性，CAN的通讯距离在10千米，网络调试容易，后期维护成本低，同时，该电能表还可以与485通讯电路结合使用，距离短的外部设备使用485电路进行通讯，距离较长的外部设备使用CAN进行通讯，可以实现电表组网，进一步降低电能表的成本。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，本实用新型提供的带CAN通讯的三相电子式电能表还可以包括：计量模块5，计量模块5与控制芯片1连接，计量模块5可以采用HT7038多功能高精度三相电能专用计量芯片，HT7038集成了多路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求，同时还能测量电能质量，电压的波形失真度(电压谐波含量)、电流的波形失真度(电流谐波含量)。其中，计量模块5中包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路特征在于采用隔离电流传感器对电流信号进行采样；电压采样电路包括低温漂精密的分压电阻网络。

作为本实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，本实用新型提供的带CAN通讯的三相电子式电能表还可以包括：测试脉冲输出电路6，用于输出校表脉冲信号，实现对电表的校验多功能输出电路7，用于输出时钟秒脉冲信号，检验时钟秒频率的准确度，亦可输出有功电能脉冲信号，无功电能脉冲信号；存储器8，用于参数数据存储备份，能有效确保数据不丢失；显示电路9，用于显示各类数据的界面，同时可结合按键输入对显示进行切换；时钟电路10，是电表的时间来源，是用于分时计量的时钟基准，当需要使用多费率功能，硬件支持外部RTC功能，时钟误差小于0.5s/d；电源电路11，用于为电能表提供电源。

作为本实施例的一种可选的实施方式，本实用新型提供的带CAN通讯的三相电子式电能表还包括：结构件，该结构件为微型模数化结构，可以与微型断路器配合，安装于DIN35mm标准导轨上，具体地，该电能表高度为65mm，电能表长*宽尺寸为98mm*72mm，显示版面尺寸为45mm*72mm，显示版面可以是液晶显示窗口，也可以是LED显示窗口，本申请对此不做限定。该电能表采用该结构件，体型小，结构紧凑，安装、拆卸方便。

本实用新型的带CAN通讯的三相电子式电能表主要具有电力参数测量功能、正、反向有功电能、四象限无功电能、需量检测功能、电能质量分析功能，并具有显示、通讯、存储、时钟、报警等功能，还能将检测到的数据传送给电力监控系统，为节能、环保提供有效的数据，有效降低电网线损。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。